全钒液流电池研究进展

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1、全钒液流电池研究进展朱厚军郎俊山（中国船舶重工集团公司第七一二研究所，武汉430064）摘要：介绍了全钒液流电池的原理和特点，综述了国内外研究发展现状和研究热点，展望了发展前景。关键词：全钒液流电池电极材料电解液离子交换隔膜中图分类号：TM911.4文献标识码：A文章编号：1003-4862(2012)06-0005-04ResearchProgressofVanadiumRedoxFlowBatteryZhuHoujun,LangJunshan(WuhanInstituteofMarineElectricPropulsion,CS

2、IC,Wuhan430064,China)Abstract:Theprincipleandcharacteristicsofvanadiumredoxflowbattery(VRB)areintroduced.TheR&DstatusinChinaandabroadandresearchhotspotofVRBarereviewed，andthedevelopmentexpectationispointedoutinthispaper.Keywords:vanadiumredoxflowbattery;electrodemateri

3、al;electrolyte;ionexchangemembrane负极：V2+→V3++e-0引言全钒液流电池（VanadiumRedoxflowE=-0.26V电池反应：VO2++2H++V2+→VO2++H2O+V3+在100%充电状态下，电池开路电压约为1.6V。Battery，简称VRB）具备能量转换效率高、理论寿命长、功率与容量相互独立等优点，在不间断源、可再生能源蓄电、电网调峰以及军用蓄电等领域具有良好的应用前景，受到广泛关注。经过近25年的研发，技术已趋成熟，在一些国家和地区已成功得到商业化应用，本文介绍VRB的研究

4、现状及其前景展望。1VRB的原理和特点1.1VRB的原理VRB的活性物质为不同价态的钒离子溶液，正极为VO2+/VO2+，负极为V2+/V3+，正负电极间用离子膜交换隔开，电解液储存在两个电解液储罐中，可以根据需要增加或更换，工作时通过泵将电解液打入电池，电池充放电过程中电解液处于流动状态，其原理如图1所表示。VRB放电时发生以下反应：图1VRB原理图1.2VRB的特点VRB具有以下优点：（1）额定容量和额定功率容量相互独立，容量取决于电解液浓度和体积，功率取决于电堆的尺寸，用户可根据需要调整电池容量或功率，规模储能利用的正是此特点

5、；（2）活性物质以离子状态存在于液体中，充放电时不发生相变或形态改变，避免了常规电池体系中经常发生的活性物质脱落和短路现象，理论上活性物质寿命无限长，可进行深度充放电；（3）正负极活性物质均为钒离子，不会发生正极：VO2++2H++e-→VO2++H2OEº=1.00V收稿日期：2011-10-17作者简介：朱厚军(1975-)，高级工程师，男，专业方向：化学电源。5船电技术

6、综述Vol.32No.62012.6电解液交叉污染导致电池过早失效的现象；（4）电池工作时电解液处于流动状态，浓差极化小，可深度放电而不对电池造成损伤；（5）

7、钒离子的电化学可逆性高、电化学极化小、功率密度高，适合大电流快速充放电；（6）启动快，可通过更换电解液实现瞬间充电；自放电小，年自放电低于10％；充放电转化效率高，电流效率可达90％以上。(7)电池结构简单，材料价格便宜，更换和维修费用低。MW/12MWh的VRB风/储发电并网系统。2007年为肯尼亚建立5kW/20kWh的VRB，用于电信备用电源系统。VRB随着VRBPowerSystems和住友电工的技术发展和商业化运作进入实用化阶段。2.2国内VRB发展状况1995年中国工程物理研究院电子工程研究所率先在国内展开VRB的研究，

8、并先后研制成功500W和1kW样机，拥有电解质溶液制备、导电塑料成型批量生产，电池组装配和调试等技术。2006年大连化物所研制出额定输出功率10kW，最大放电功率23.9kW的VRB系统，在电极设计制备、电解质溶液分配、电池组公用管道设计、电池组装及系统设计与集成技术、容量衰减机理、电池容量的稳定性、大功率电池模块结构的设计和优化等方面均取得进展，并通过国家科技部验收。2009年北京普能公司取得了VRBPowerSystems拥有或控制的所有专利、技术秘密和设备材料，使其在电堆结构、关键材料、系统集成等方面取得突破性进展，并申请了专

9、利。目前，该公司正准备将以150kW的VRB标准模块集成的兆瓦级储能系统应用于电网。清华大学VRB的电堆流道设计、电堆密封结构、锁紧方式方面申报3项专利[4-6]，并研究开发成功全钒液流电池测试平台，为进一步发展大功率电池堆技术奠定基